كيفية استغلال الشمس لتوليد الكهرباء
أصبحت الشمس من أهم مصادر الطاقة المتجددة الطبيعية، وتُسمى بالطاقة الشمسية (Solar energy) والتي تُعبر عن جميع أشكال الطاقة التي يتم توليدها من الشمس، وتُستخدم هذه الطاقة في الكثير من الاستعمالات البشرية وخاصةً في قطاع الكهرباء.
تجمع الألواح الشمسية التي تُركب على أسطح المنازل والشركات حرارة أشعة الشمس وتحولها إلى كهرباء، وهذه الطاقة الشمسية تنتج من الاندماج النووي الذي يحدث في الشمس نتيجة اصطدام بروتونات ذرات الهيدروجين مع لب الشمس لتكوين ذرات الهيليوم.
وتتدفق الطاقة والحرارة والضوء من الشمس على شكل إشعاع كهرومغناطيسي، بترددات عالية وأطوال موجية مختلفة، تُصنف هذه الأشعة إلى أشعة جاما، سينية، وفوق بنفسجية، يمتص الغلاف الشمس الأشعة الضارة وينقل الأقل ضررًا للأرض.
إن هذه الطاقة هي المسؤولة عن الحياة على على الأرض، حيث تعتمد جميع أشكال الحياة على الأرض على الشمس بصورة مباشرة وغير مباشرة، وهذا ما جعل الباحثون يُسخّرون هذا المورد الطبيعي المتجدد باستخدام الكثير من التقنيات مثل:
الخلايا والألواح الكهروضوئية (Photovoltaics): وهي الطريقة الأكثر شيوعًا وشكلها عبارة عن ألواح شمسية كبيرة تحتوي على المئات من الخلايا الشمسية تحتوي على موصلات.
الطاقة الشمسية المركزة (Concentrated Solar Energy): تستخدم هذه التقنية العدسات والمرايا لتركيز وحصر أشعة الشمس من منطقة واسعة لمنطقة أصغر، تُسخّن سائل يقوم بتوليد الكهرباء.
العمارة الشمسية (Solar Architecture): وتُسمى بالحرارة الشمسية السلبية حيث تمتص الحرارة في النهار وتُطلقها مساءًا.
تمتاز الطاقة الشمسية بأنها مورد متجدد لا ينتهي واستغلاله يكفي لمليارات السنين، كما أنها نظيفة ولا تحتاج للوقود حتى تعمل ولا ينبعث منها أي غازات، وتُقلل من فواتير الكهرباء للمنازل والشركات والمدارس والجامعات، إلا أنها باهظة الثمن وتحتاج لمساحة كبيرة لتركيبها وهذه أحد العوامل المؤثرة في استغلال الموارد الطبيعية الشمسية تحديدًا.
استغلال الرياح لتوليد الطاقة
أما الرياح فيُحصل منها على طاقة الرياح (Wind power) والتي تُعد من أقدم مصادر الطاقة التي يستغلّها البشر، ويُحصل عليها من تحويل الطاقة التي تنتج من حركة ريش التوربينات والتي تتحرك بفعل الرياح إلى طاقة كهربائية، تمتاز بأنها نظيفة ومُتجددة لا تنتهي.
تُقلل طاقة الرياح كذلك من استخدام الوقود الأحفوري الذي يُسبب الاحتباس الحراري نتيجة الغازات التي يُطلقها، واستخدام الموارد الطبيعية تحديدًا الرياح يُساهم في التنمية المستدامة، كما أنها لا تنبعث منها مواد سامة أو ملوثات تضر البيئة والبشر، مما يعني أنها آمنة للبيئة جدًا وتخلق الوظائف للأيدي العاملة.
وتوفر طاقة الرياح في وقتنا الحاضر 5% من استهلاك العالم للكهرباء، وقد تُصبح 9% بحلول عام 2040م، وقد كانت إسبانيا واحدة من الدول الرائدة في استغلال طاقة الرياح لإنتاج الكهرباء، وفي عام 2013م اعتمدت على طاقة الرياح كمصدر رئيسي للكهرباء بنسبة 20.9% من إجمالي الإنتاج، مما يعني أنها مُتقدمة في مجال الحلول التكنولوجية.
استخدام المعادن للصناعات المختلفة
يُعد استخدام المعادن في الصناعات المختلفة أمرًا حيويًا يدخل في صناعة الكثير من المعدات مثل مجال السيارات، كما تدخل كثيرًا في الصناعات التحويلية نظرًا لخصائصها الميكانيكية، وفي ما يلي أهم هذه المعادن:
الحديد: هو مادة أساسية للحديد والمواد الصلبة، وقد يحتوي الحديد الخام على مزيج من السيليكون، الفوسفور، المنغنيز، والكبريت، تمتاز بقوتها وتُستخدم لصنع المغناطيس، السبائك الحديدية، الحديد الخام، الحديد الزهر، الحديد المطاوع والصلب.
الألومنيوم: ويمتاز بوزنه الخفيف ودرجة انصهاره المنخفضة وموصليته العالية للحرارة، يُمزج مع مواد أخرى ليزداد صلابة ويُستخدم في صنع مكابس المحركات، أجهزة الفضاء، الصناعات البحرية، والأواني.
النحاس: يُستخدم هذا المعدن بكثرة في الصناعات الهندسية، يمتاز بمرونته وليونته ولونه المُبهج بالإضافة لموصليته للحرارة والكهرباء العالية، تُصنع منه الأسلاك الكهربائية، الكابلات، قضبان التوصيل، وأنابيب الثلاجات.
الرصاص: وهو معدن لونه رمادي مُزرق، درجة انصهاره منخفضة جدًا مما يجعله لين وسهل القص، ويُستخدم كثيرًا في الأسلحة.
القصدير: أو ما يُسمى بالمعدن الأبيض، ناعم ومرن ويسهل سحبه لأوراق رقيقة جدًا، يدخل في الكثير من التطبيقات الصناعية.
الزنك: يدخل أيضًا في الصناعات الهندسية نظرًا لدرجة انصهاره المنخفضة، يُستخدم في صناعة الطابعات.
استخدام الصخور كمواد للبناء
وذلك من خلال استخدام بعض أنواع الصخور منخفضة التكاليف في عمليات البناء، وتُستخرج هذه الصخور من باطن الأرض بكميات هائلة من خلال تفجيرها في المحاجر، ويُسترخ سنويًا ما يُقارب 24 مليون طن من الصخور الصلب.
تُستخدم هذه الصخور لتزفيت الطرق، الصبة الخرسانية، بناء قواعد الطرق، بناء السكك الحديدية، بناء السدود وخطوط الأنابيب، الحواجز البحرية وواجهات السدود، وتستخدم الحجارة الناتجة من البراكين الحديثة والقديمة، والجرانيت، ورمل البناء المستخدم في الجبس، ومواد التعبئة أسفل الأرصفة، الخلطات الإسفلتية، وردم الخنادق والخزانات الأرضية.
الخلاصة
أدى استنزاف الموارد الطبيعية وقرب انتهاء الموارد غير المتجددة في الصناعات والكهرباء ومجالات الحياة المختلفة، إلى لجوء الباحثين والعلماء للبحث عن طرق لاستخدام الموارد المتجددة والتي لا تنفد كالشمس التي دخلت في مجال تزويد المباني بالكهرباء وأحدثت ثورة في عصرنا، بالإضافة للرياح التي تنتشر توربيناتها في مختلف الدول لتصنيع الكهرباء، كذلك بدأوا بتقليل استهلاك المعادن المُصنعة ثم استخراج المعادن الطبيعية واستخدامها في الصناعات.
استخدام حركة المياه لتوليد الطاقة
وتُسمّى الطاقة المُستخرجة من حركة الماء بالطاقة الكهرومائية (Hydroelectric Power) وهي شكل من أشكال الطاقة المتجددة، وتعتمد على المساه المخزنة في السدود لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية، إذ أن الماء يُحرك شفرات التوربين يتدوير مولد يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
أصبحت الطاقة الميكانيكية أهم عناصر الطاقة المتجددة في العالم، وقد استُخدمت الماء لتدوير العجلات في المطاحن منذ القدم، وتُشكل ما نسبته 17% من إجمالي إنتاج الكهرباء.
تمتاز طاقة الماء بأنها لا تُسبب التلوث، وتُشغّل محطتها تلقائيًا دون أي تكاليف، كما تحد من الغازات التي تُسبب الاحتباس الحراري، قليلة التكاليف اللازمة للتشغيل والصيانة، كما أنها موثوقة ومتجددة مما يجعلها دائمة، إلا أنها قد تؤثر على البيئة من ناحية حجز مساحات شاسعة لحفرها وبناء السدود فيها، بالإضافة لتقييد حرية حركة الأسماك أحيانًا.
الاستفادة من الحيوانات والأسماك كمصدر للغذاء
تعد الثروة الحيوانية عنصرًا هامًا في مجال التغذية للإنسان، حيث تُستخدم الأبقار والأغنام والأسماك والدجاج والبط وغيرها الكثير من الماشية في صناعة الأطعمة التي تمدّه بالطاقة.
ولتجنب استنزاف هذا المصدر الغذائي الهام يقوم أصحاب المزارع وتعمل الحكومات على إنشاء مزارع وأماكن لتربية هذه الحيوانات والحفاظ على مصدرها مُتجددًا، وتتواجد في العالم الآن مليارات مزارع الدجاج والحيوانات والمسمكة الصناعية التي تزودنا بالأسماك، ولا يستفيد الإنسان فقط من لحومها بل من الحليب والألياف، والجلود.
يعمل المزارعون على الاعتناء بهذه الحيوانات خلال تربيتها من خلال تزويدها بالأعلاف والعلاجات التي تقيها من الأمراض، كما تُربّى في ظروف صحية تجعلها صالحة للاستهلاك البشري، وهذه الحيوانات طالما أنها تتكاثر وتنمو وتكبر تُعتبر مصدرًا متجددًا لا ينفد إلا في حال عدم استغلاله والتوقف عن تربيته.
استغلال الغابات الطبيعية لصناعة الخشب والورق
استُخدم الخشب منذ القدم في شتى الصناعات، مما جعله مادة أساسية في تنشئة الحضارة الإنسانية، فقد استُخدم في بناء المنازل وصنع الأثاث لها، وفي عمليات النقل، والكثير من المنتجات الاستهلاكية مثل الورق والنسيج والوقود الهام للطبخ والتدفئة.
لا بد من الوعي بأن استهلاك الخشب بصورة جائرة يضر بالغابات وقد يُبيدها مع مرور الوقت، تحديدًا تلك التي تُستخدم في صنع الأثاث والوقود الذي يُحتّم على مُصنّعيه قطع الشجرة من ساقها، ولكن ما يجعل الخشب مُساهمًا في التنمية المستدامة هي مزارع الخشب فهناك 30% من غابات العالم مُنتجة مُخصصة لتوفير الأخشاب والطاقة ومنتجات الأخشاب الأخرى.
كما أن الحكومات تُدير هذا الأمر من خلال إصدار قوانين عقوبات بحق الأشخاص الذين يستهلكون الأشجار بصورة جائرة، بالإضافة لانتشار الأخشاب المُصنّعة وعمليات إعادة تدوير الأوراق والمنتجات الخشبية التي يُمكن تدويرها، ما يُقلل من قطع الأشجار.
تنقية مياه البحر للشرب واستخراج ملح الطعام
نظرًا لأن مياه البحار والمُحيطات مالحة فإن الاستهلاك البشري ينحصر على المياه العذبة المُحلّاة، ويستهلك البشر ما يُقارب 4000 كم مكعب من المياه العذبة سنويًا، وقد بدأ العالم بمواجهة مشكلات في نقص الماء، والحل هو تحلية مياه البحار وتنقيتها لتحويلها إلى ماء عذب صالح للشرب.
لكن عملية تحلية المياه ما زالت صعبة نظرًا لأنها تستهلك الكثير من الطاقة، كما أن الملح يذوب في الماء بروابط كيميائية قوية يصعب تكسيرها، مما يعني أنها باهظة الثمن، لكنها ما زالت قيد الدراسة وبحث العلماء.
بالإضافة إلى استخراج الملح الطبيعي من البحار نظرًا لاحتوائه على أملاح بكميات ضخمة، فجالون من مياه البحر يحتوي على 4.5 أوقية من الملح، وهذه التقنية قديمة ومعمول بها، تستخدم البرك الواسعة في هذا المجال من خلال ربطها بالحر بقناة قصيرة، ثم تتبخر المياه من خلال الشمس وينتج منها الملح.
أخيرًا لا يقتصر استهلاك الموارد الطبيعية والمتجددة على كل ما هو فوق الأرض وتحتها، بل استُخدمت المصادر المتواجدة على سطح الأرض كالبحار والأخشاب، والمياه والحيوانات التي تعيش على هذه الأرض، وجميع هذه الموارد قد تُصبح غير متجددة في حال عدم الحفاظ على استمراريتها على أيدي مختصين، وتبقى مُستدامة عندما يكون لها مُعدل إنتاج مساوي أو أكثر مما يُستهلك.
العربية
